Luận văn nghiên cứu Áp dụng và mô hình hóa công nghệ uasb cải tiến trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn

Cao Thể Hà - những người Thầy đã định hưởng nghiên cứu và tân tinh hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này 'Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô Khoa Môi trường -

ĐẠI HỌC QUOC GIA HA NOL TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

aa

Nguyễn Trường Quân

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG VÀ MÔ HÌNH HÓA

CÔNG NGHỆ UASB CẢI TIỀN TRONG XỬ LÝ

NUGC TIAL CHAN NUOI LON

LUẬN ÁN TIÊN SĨ KHOA HỌC MỖI TRƯỜNG

ĐẠI HỌC QUOC GIA HA NOL TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

aa

Nguyễn Trường Quân

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG VÀ MÔ HÌNH HÓA

CONG NGHE UASB CAI TIEN TRONG XỬ LÝ

NƯỚC THÁI CHĂN NUỒI LỢN

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 9440301.01

LUẬN ẢN TIỀN SĨ KHOA HỌC MỖI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC:

PGS.TS Lé Van Chiều PGS.TS Cav Thế Hà

Hà Nội - 2020

LOT CAM DOAN

Tôi xin cam doan dễ tải ludn an ‘Nyhién cru dp dụng và mô hình húa

công nghệ U/LSB cải tiến trong xử hi nudc thai chan nuôi lợp” là do tôi thực

hiện với sự hướng dẫn khoa học của các thầy PGS.TS Lô Văn Chiều và

PGS.TS Cao Thé Ha

Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực, chính

xác tử đỄ tải nghiên cửu gủa tôi

'tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về những nội dung mà tôi trình bảy

trong luận án này

Hà Nội, ngày — tháng — năm 2020

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Trường Quân

LOL CAM ON

'Tôi xin bay tỏ lỏng biết ơn sâu sắc tới PGS.18 Lê Văn Chiều và

PGS.TS Cao Thể Hà - những người Thầy đã định hưởng nghiên cứu và tân tinh hướng dẫn cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này

'Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô Khoa Môi trường - lrưởng Đại

học Khoa học Tự nhiên - Dại học Quốc gia Hà Nội đã truyền đạt và bỗ sung xhhững kiến thức quý báu để tôi thực hiện tốt hướng nghiền cứu của mình

'Lôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô, anh chị em đồng nghiệp ở các đơn vị: (1) Trung tầm Nghiên cứu Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững

- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên; (¡) Khoa Môi trường - Trường Đại học

Khoa học Tự nhiên và (11) Viện Công nghệ Môi trưởng - Viện Hàn lâm Khoa

học và Công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong

suốt quá trình thực hiện luận án

Tôi xin chân thành cắm ơn Đề tải “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ

tiên tiền phù hợp với điều kiện Viét Nam dé xử {ý ô nhiễm môi trường kết hợp với tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn - Mã số: KC.08.(14/11-

15” và Đề tài “Aghiên cứu ứng dụng kĩ thuật mô hình hóa rong công nghệ xử

lý vêm khi nước thải giàu hữu cơ vào thực tiễn Liệt Nam - Mã số N1

31.1P4/17” dã hỗ trợ tôi trong quá trỉnh thực hiện để tài

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc dồn gia đình vả bạn bở của tối

- những người luôn luôn ủng hộ nhiệt tỉnh, chia sẻ và động viên trong những

lúc tôi gặp khó khăn cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn

thành luận án

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Trường Quân

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ V VIẾT TAT

DANII MUC CAC BANG

1.1.1 Giới thiệu chung về ngành chăn nuôi lợn - 15

1.1.2 Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn ò6

1.2 TONG QUAN VE CAC CONG NGH

NUOLLGN BANG KTTHUAT XU'1

1.2.2 Quá trình phát triển của các kĩ thuật yếm khí 23 1.2.2.1 Quá trình phát triển kĩ thuật yếm khi trên thể giới 23

1.2.2.2 Quá trình phát triển kĩ thuật yếm khí ở Việt Nam 27

1.2.4 Giới thiệu kĩ thuật tuần hoàn nội 30 1.2.5 Giới thiệu công nghệ mảng sinh hoe - 34

1.2.5.2 Giới thiệu một số loại vật liệu mang vi sinh - 35

1.2.5.3 Ứng dụng công nghệ màng sinh học 37

1.2 6 Một số công nghệ khác xử lý nước thải chăn nuôi lợn 38 1.3 MO HINH HOA QUA TRINH PHAN HỦY YÊM KHÌ 40

1.3.2 Các bước thiết lập mô hình mô phỏng 41

1.3.3 Một số mô hình quá trình xử lý sinh học - 42

1.3.4: Một số nghiên cứu (ng dụng mô hình và mô phỏng trong nghiên

cứu xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ú

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.2.1 Sơ đề thiết kế và cầu tạo các hệ thông Lhí nghiệm 52

2.2.2.2 Nguyên tắc hoạt động và quy trình thí nghiệm 57

2.2.2.3 Vật liệu mang dược sử dụng trong nghiên cứu - 58

2.2.3 Phương pháp lây mẫu và phân tích mnẫu "- 48

2.2.3.1 Phương pháp diều tra, khảo sát thực dịa - 58

2.2.3.2 Phương pháp lây mẫu và bảo quan miu so

2.2.3.3 Các phương pháp phân tích 59

2.2.3.3, Lda chat và thiết bị se _— 61

2.2.4 Phương pháp phân tích, xử “iy và dánh giá số liệu 61

2.2.4.1 Xác định mật đệ bùn vi sinh khi sử dụng vật liệu mang 61

3.2 KHẢO SÁT HIỀU QUÁ XỬ LÝ NƯỚC THÁI CHAN NUÔI LỚN

3.3 KHẢO SÁT HIỆU QUÁ XỬ LÝ CỬA HỆ UASB CẢI TIỀN 69

3.3.1 Khảo sát hiệu quả xử lý của hé yém khí tuân hoàn nội (IC) và hệ

yếm khí tuần hoàn nội cải tiễn (MIC) - 69

3.3.1.1, Diễn biến và hiệu quá xứ lý COD ting 69

3.3.1.2 Diễn biến và hiệu quả xử lý CODht - 76

3.3.1.3 Diễn biển và hiệu quả xử lý 1885 81

3.3.2 Khảo sát hiệu quá xử lý của cáo hệ LIASB cải tiên khi sứ dụng

vật liệu mang v1 sinh - 83

3.3.2.3 Lỗng hợp và đánh giá kết quả khảo sát " ae ĐT

3.4 MÔ HÌNH HỎA CÁC QUA TRINH PHAN HUY YEM KHi 95 3.4.1 Dặc tính nước thái đầu vào, đầu ra hệ thí nghiệm Ø5

3.4.1.1 Thành phần hữu cơ trong nước thái dầu vào - 95

3.4.1.2 Thanh phan hifu co trong nước thải đầu ra ¬

3.42 Thông số động học của các quả trình phân hủy yếm khí 99

PHU LUC

DANITMỤC CÁC KÝ IIỆU VÀ CHỮ VIẾT TAT

ADMI Anacrobie Digestion Model Mô hình phân hủy yếm khí số 1

Nol

AnFBBR Anaerobic Fixed Bed Bé phan tng yém khi mang vi

AnMBBR = Anacrobic Moving Bed Bé phan img yém khi mang vi

Biofilm Reactor sinh chuyên động

ASM Activated Sludge Model Mô hình bủn hoạt tính

BOD Biochemical Oxygen Nhu cau ôxy sinh hóa

[Demand

TN&MT

GÓOD Chemical Oxygen Demand Nhu cau éxy héa học

EGSB Expanded Granular Sludge Dém vi sinh dạng hạt trương nở

Bed

trong hợp chất hữu cơ tổng

hữu cơ thành phần trong quả trinh chuyển hóa

GPS-X Water & Wastewater Phan mém mé hinh va mé phéng

Modelling and Simulation đổi với nước và nước thải

Software

1C Internal Circulation Kĩ thuật phần ứng tuần hoàn nôi

Most Probable Number

Organic Loading Rate

Polyethylene

Polyurethane

Total Nitrogen

Total Phosphorus Total Suspended Solids

Upflew Anacrobie Sludge Blanket

Volatile Fatty Acids

Yield

Hằng số bán bão hỏa 1Iệ số tốc độ thủy phân

Hệ số tắc độ phân rã

1Iằng số tốc độ phát triển sinh

khối riêng cực đại

Kĩ thuật phân ứng tuần hoàn nội

Vi sinh val

Hé sé nang suat chuyển hóa của

sinh khôi từ cơ chất

TYếm khí

Các phương trinh động học của quá trình phân hủy yếm khí

Dặc tính nước thải chăn nuôi lợn

ém khi

Đặc tinh bùn sinh hoc

Tổng hợp hiệu quả xử lý CODY của hệ IƠ

Tổng hợp hiệu quả xử lý COT% của hd MIC

Tổng hợp hiệu quả xử lý CODht của hệ IC

‘réng hợp hiệu quá xứ lý COI2ht của hệ MIC

Đảnh giá hiệu quá xử lý COD tổng của hệ UASB, AnFBBR và

AnMBBR

Thanh phần hữu cơ chính có trong nước thái dầu vào

Thành phần hữu cơ chính có trong nước thải đầu ra

Bang 3.10 Giá trị của thông sẽ déng hoc f

Bang 3.11 Giá trị các thông số động học k, k!, m và K

Bang 3.12 Céc gid trị kết quả mô phông các thành phân hữu cơ chính tỉnh

Sơ đồ chuyển hóa chủ yếu trong hệ xử lý vi smh yếm khi 21

Sơ đồ nội dung nghiên cứu của luận ản " IO

Sơ đỗ thiết kế hệ thống thí nghiêm UASB - 52

Sơ đồ thiết kế hệ thống thí nghiệm IƠ 93

Sơ dễ thiết kế hệ thống thí nnhiềm MIC - 54

Sơ đô thiết kế hệ thống thí nghiệm AnTBDR 55

Sơ đỗ thiết kế hệ thống thi nphigm AnMBER - 56

Uinh anh vat ligéu mang vi sinh PU-K30 và PE-ĐTSI5 58

Hình ảnh giao diện phần mềm GPS-X - 64

Lưựa chọn sơ đồ mô phông hệ thí nghiệm - 65

Diễn biến COD dau vao, đầu ra và HSXL CODt pees OB Diễn biến CODt dau vao, dau ra va HSXL CODt ctia hé IC 70 Dién bién CODt diu vào, đầu ra và HSXL CODt của hệ MIC 70 Múi quan hệ giữa TL với NSXL vả HSXL CODI của hệ IC 74

Mỗi quan hệ giữa TL với NSXL và H8XI CODI của hệ MIC 74

Diễn biến COIDht dầu vào, dầu ra và HSXI CODht của hệ IƠ 76

Diễn biến CODhi đầu vào, đầu ra và IISXL CODht của hệ MIC 77

Mắi quan hệ giữa TL, với NSXI và HSXI COI2ht của hệ IC BO

Mỗi quan hệ giữa TL véi NSXL va IISKL CODht etia hệ MIC 80

Diễn biến 8S đầu vào, đầu ra và HSXI 'TS8 của hệ IƠ 81

Diễn biên TSS đầu vào, đầu ra và IISKL TSS cia hé MIC 82

Diễn bién CODt dau vao, dau ra va HSXL COD cia hé AnFBBR

sử đụng vật liệu mang PU-K30 - - 84

Diễn biển CODt đầu vào, đầu ra và IISXL COD của hé AnMBBR

Diễn biến TSS dầu vào, dầu ra và HSXL TS của hệ AnFBBR sử

Diễn biển TSS đầu vào, đầu ra và 1ISXL T38 của hệ AnMDBR

sử dụng vật liêu mang PU-K30 - 86

Diễn biến CODt đầu vào, đầu ra và HSXL COD của hệ AnFBBR

Diễn biển CODt đầu vào, đầu ra và 1ISXL COD của hệ AnMBBR

Diễn biến TS dầu vào, dầu ra và HSXT TSS cia hé AnFRBR

Diễn biển TSS đầu vào, đầu ra và IISXL TSS của hệ AnMDBR

Kết qua mé phéng COD téng theo giá trị xác định - 104

Đồ thị đánh giá kết quả mô phỏng COD tổng 105

Đổ thị đảnh giá kết quả mô phỏng cacbonhydrat 106

Để thị đánh giá kết quả mô phỏng Frotein - 107 Kết quả mô phông Lipit - .108

Đồ thị đánh giá kết quả mô phỏng Lảpit - 109

Đề thị đánh giá kết quá mồ phỏng axit Butyric - 110

Kết quả m6 phéng axit Propionic “ 1H11

Đồ thị danh giá kết quả mö phỏng axit Dropione - 11

Đỗ thị đánh giá kết quả mỗ phỏng axit Axctic - 112

Đổ thị danh gid két qua m6 phỏng I8S - 114

Kết quả mô phỏng lưu lượng khí mêtan sinh ra „115

_ Đỗ thị đánh giá kết quả mô phỏng khí mêtan - 116

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO LỰA CHỌN ĐỀ TÀI

Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề rất quan trọng trên toàn thế giới,

đặc biệt là õ nhiễm mỗi trường nước Irong số các ngành sản xuất, chế biến va

lip rap thi ngành chăn nuôi đóng góp một lượng nước thải và mức độ ô nhiễm

vào môi trường rất lớn Tho số liệu của Tổng cụo Thống kô | 15], năm 2018 gả

nước ta có khoảng 2E,2 triệu con lợn, trung bình cứ một đầu lơn thải ra 25 lít

nước thải/ngày, tương đương khoảng 257,3 triệu m° nước thä/năm, đây là một

khối lượng nước thái rất lớn nếu như không dược xử lý sẽ gầy ö nhiễm môi

trường và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người Các cơ sở chăn nuôi

quy mô trang trại hoặc nhớ lẻ oũa nhiều địa phương chưa được quy hoạch đầy

đủ, vẫn mang tỉnh tự phát và chủ yếu là áp dụng công nghệ ham biogas Theo

thống kê của Viện Khoa học Môi trường (2015), khoảng 67% trang trại chăn

nuôi lập trung quy mô lớn gó hệ thống xử lý nước thái với các loại công nghệ khác nhau, nhưng nhiều hệ thống có hiệu quả xử lý không cao vả chưa dạt các

tiêu chuẩn, quy chuẩn xã thải ra môi trưởng [22]

Nước thải chăn nuôi thuộc loại nước thái piảu hữu cơ, cặn, nitơ, phốt

pho và vi sinh vật, các giả tri COD, 1N, 1Ì

38 va coliform trong nude thai

chăn nuôi lợn rat cao, VoL rất nhiều lần so với tiêu chuẩn xả thải [19, 21] Da

đó, việc áp dụng công nghệ xử lý phù hợp và hiệu quả dối với nước thải chăn

xuôi lợn là rất quan trọng và đang là một nhu cầu bức thiết hiện nay Có nhiều

phương pháp để xử lý loại nước thải này, trong đó phổ biến nhất là xử lý sinh

học yếm khí Vấn để đặt ra là làm sao có thể áp dụng một cách hiệu quả, kiểm

soát được các kĩ thuật xử lý cao tãi nảy; các yếu tố như cấu hình hệ thống, mật

độ bùn, chế dộ vận hành ánh hưởng dến năng lực và hiệu quả xứ lý

Hién nay, trên thể giới kĩ thuật UASB được áp đụng rộng rãi nhưng nó gặp khỏ khăn trong việc xử lý nước thải chăn nuôi lợn do thành phần nước thải

chứa nhiều cặn, hệ UASB vận hành tối ưu với dạng bàn hạt - là loại bùn khó

nuôi và tốn nhiều thời gian khởi đông, đòi hỏi điều kiên vận hành phải chặt chẽ

Hệ UASB cần phải cải tiến và khắc phục các nhược điểm này nhằm phủ hợp

với đối Lượng nước thái â nhiễm hữu cơ cao Kĩ thuật xứ lý yểm khí tuần hoàn

nội (1C) - thực chất là hệ UASH cải tiến có những uu điểm như: hệ thông có khả năng tự khuấy trộn cao nên tiêu tổn íL nắng lượng, năng suất xứ lý cau phù

hop với nước thải só hàm lượng hữu co cao va tai lượng lớn Mặt khác, hệ IŒ

sinh ra it bùn - giảm chỉ phí xử lý bùn và có thể thu hồi năng lượng Tuy nhiền,

kĩ thuật IC gặp phải một số hạn chế về mặt chế tạo yêu cầu cột phần ứng có

chiều cao lớn (từ 3 dến 20 mét) và khó khăn cho việc vận hành vả bảo tri, hon

iữa hệ nảy cũng chỉ hoạt động hiệu quả với vi sinh dạng hại Do đó, hệ TC cũng,

cần phải dược cải tiến về mặt kĩ thuật cho phủ hợp - tức là cái tiến hệ thống nhằm giảm chiều cao dé khắc phục các hạn chế nêu trên Việc đánh giá khả năng xử lý thành phẩn hữu cơ và các yếu tổ ảnh hưởng trên hệ thống cải tiến

so với hệ nguyên mẫu cần phải dược dặt ra

Bền cạnh đó, kĩ thuật LASB cũng như kĩ thuật LC khi vận hành ở mật

độ bùn vị sinh lơ lửng quá cao (trên 10 g/) bộc lộ hạn chế là bùn yếm khí dé bị

rửa trôi ra ngoài củng với nước thải ở cuối cột dẫn đến giảm hiệu quả xử lý và

nước thải đầu ra chứa nhiều vi sinh va cin bun Một trong các giải pháp nâng

mật đô bùn hiệu quá là sử dụng vật liệu mang vi sinh, đồng thời đánh giá được

năng lực xử lý hữu cơ ở chế độ mảng vi sinh cổ định (AnFBBR) và chuyển

động (AnMBBR) được quan (âm trong luận án nảy

Việc bước dầu áp dụng mô hình hóa và mỗ phỏng một số quá trình xử

lý yếm khí đối với các thành phần hi cơ nhằm đưa ra được một mô hình quá trình phù hợp giữa kết quả tính toán và thực nghiệm cũng được đặtra đổi với

loại nước thải chân nuôi giàu hữu cơ trên thực tế Mô hình thu dược sẽ cho phép

tính toán được kết quả các chỉ tiêu quan tâm đối với thành phần nước thải đầu

10

vào biết trước; làm giảm được một số lượng lớn thực nghiệm, rút ngắn thời

gian, công sức, chỉ phí nghiên cứu và vận hành hệ thống thỉ nghiệm, cho phép

nhanh chóng đánh giá điễn biển và kiểm soát quá trình, góp phần thiết kế và

kiểm soát được hệ thống xử lý quy mô nhỏ đến quy mỗ lớn đối với loại nước

thải chăn nuôi giảu hữu cơ đã được nghiên cứu

Với những lý do trên, đề tải “Nghiên cứu dp dụng và mô hình hóa

công nghệ UJAAB cải tiễn trong xứ lý nước thái chăn nuôi lợn” dược lựa chọn

nhằm mục đích giải quyết các yêu câu nêu trên

2 MỤC DÍCH NGHIÊN CỨU

a Muc dich

- Khắc phục một số hạn chế của 2 kĩ thuật xử lý yếm khí cao tải (UASB

vd IC) theo hướng chia nhỏ chiều cao cột phan ứng đối với IC và nâng cao mật

độ vị sinh bằng cách sử dụng vật liệu mang đổi với LASB

Áp dụng mô hình ADMI để mô phỏng kết quả thực nghiệm của các

quá trình xử lý yếm khí bằng kĩ thuật AnMBBR vả đưa ra được mô hình mô

phông phủ hợp với mồ hình ADMI (di kẻm với bộ số liệu các thông số) áp

dung cho hé bun yém khí lơ lửng với đôi tượng nước thải chăn nuối lợn

b Nhiệm vụ nghiên cứu

- 8o sánh kha nang xit ly chdt hitu co‘ tinh theo COD (goi tat la COD), T85 của hệ thống yếm khí tuần hoàn nội cải tiến CMIIC) so với hệ yếm khí tuần

hoàn nội thông thường (TC) khi thay đổi tải lượng COD đầu vào

- Khảo sát ảnh hướng của vật liệu mang vỉ sinh đến hiệu quả xứ lý COD,

TSS trong bé phản ứng yếm khí màng vị sinh cổ định (AnFBBR) và chuyển déng (AnMBBR) so với hệ UASB ce ban

- Chuẩn hóa mô hỉnh bằng cách thay đổi các thông số trong các quá

trình sinh học thành phần thuộc mô hình yểm khí ADMI nhằm tính toán gáu kết quả thành phần (trên cớ sở tài liệu tham khảo vả thực nghiệm),

11

- Kiểm chứng kếi quả mỗ hình mô phỏng với kết quả thực nghiệm quá

trình xử lý yếm khi bằng kĩ thuật AnMBBR và đánh giá sự phủ hợp của mồ

hình thu được

3 ĐÔI TƯỢNG VÀ PHAM VI NGHIÊN CỨU

a Đối tượng nghiên cửu

- Nước thải chăn nuôi lợn giàu hữu cơ

- Các kĩ thuật UASB cơ bắn, TC, IC cai tiễn bằng cach chỉa nhỏ cột phân

ứng nhằm hạ thấp chiều cao hệ phản ứng (MIC) và hệ UASB sử dụng vật liệu

mang vi sinh ở chế độ cố định (AnFBBR) va chuyển động (AnMBBR)

- Cáo quá trình sinh học trong Mô hình phân húy yếm khi (Anacrubic

Digestion Model No 1 - ADMI) đã được nhóm nhiệm vụ của Hiệp hội quốc

tế về chất Tượng nước IAWQ phát triển Mô hình này được tích hợp trong phần

mềm GP§8-X phục vụ mô phỏng các quá trình phân hủy yếm khí

h Phạm vi nghiên cứu

- Nước thải chăn nuôi lợn được lẫy tại hộ gia đình ở xã Đông Mỹ, Thanh

Tri, Ha Nội và trang trại chăn nuôi lợn ở xã Kim Xá, Vĩnh Tưởng, Vĩnh Phúc

- 05 kĩ thuật phân ứng yếm khí cao tải quy mô PTN bao gầm:

i) UASB - kĩ thuật ngược dòng qua lớp đệm vi sinh yếm khí

ii) IC - kĩ thuật phân ứng tuần hoàn nội iii) MIC - kĩ thuật IƠ được cải tiến về mặt kĩ thuật bằng cách chia nhỏ cột phản ứng nhằm hạ thắp chiều cao hệ phần ứng

iv) AnFBBR - bé phản ứng yêm khí mảng vi sinh cô định

v) AnMBBR - bễ phản ứng yếm khí màng vi sinh chuyển động

- Sử dụng vật liệu mang polyuretan hỉnh khối xốp (PU-K30) vá vật liệu

nang polyetylen hình banh xe (PE-DTS15) đổi với

- Mã hình phân hủy yếm khí ADMI bao gồm 19 quá trình vả 22 thông

4 TÍNH MỚI CỦA Đ TÀI

- Cải tiền kĩ thuật yếm khí tuần hoàn nội để xử lý nước thải chăn nuôi

lợn quy mô phòng thí nghiệm

- Xác định 5 thành phần cacbonhydrat, protein, lipit, thành phần tro

không tan vả thành phần hữu cơ tan chậm phân hủy sinh học trong chất hữu cơ

thông qua COD tổng, trên cơ sở đó xác định các tỉ lệ thành phần tương ứng

phục vụ mô hình hóa các quá trình phân hủy yếm khí nước thải chăn nuôi

- Ap dụng mô hình phân hủy yếm khi mô phỏng các quả trình xử lý sinh

học trong bể phản ứng yếm khí mảng vì sinh chuyển động (AnMBBR) nhằm

dé xuất được mô hình phân hủy yếm khí dựa trên mô hình AI3MI phù hợp với

đối tượng nước thải chăn nuôi lợn

5 YNGHIA KHOA HOC VA THUC TIEN CUA DE TAI

a ¥ nghia khoa hoc

- Dánh giá được hiệu quả xử lý thành phin COD, TSS déi với nước thải

chăn nuôi của 5 kĩ thuật xử lý yếm khi: UASB, IC, MIC, AnFBBR va

AnMBBR, và sự phụ thuộc của hiệu quả xử lý vào các thông số vận hành hệ

phan ing (gid tri COD đầu vào, tải lượng, thời gian luu, ), đã xác định được

năng lực xử lý thông qua mỗi quan hệ giữa năng suất xử 1ý và hiệu suất xử lý

với tải lượng OOI3 đầu vào

- Xác định được tỉ lệ của 5 thành phần cacbonhydrat, protein, lipit, thành

phần trơ không tan, thành phần hữu cơ tan chậm phân hủy sinh học từ chất hữu

co (COD téng) có trong nước thải đầu vào bằng thực nghiêm lảm cơ sở tính

toán các hệ số chuyển hóa phục vụ mô hình hóa các quá trình phân hủy yếm

khí nước thải chăn nuôi

- Xác định được giá trị hệ số tốc độ phân rã Œ') của COD tổng, các giá

trị hệ số tốc độ thủy phân (k) của cacbonhydral, protein, lipit và các giả tri hằng

số tắc độ phát triển sinh khối riêng cực đại (m) của axit propiome, axit axctic,

13

hiểrô và hằng số bản bão hòa (K) của axiL axeli bằng thuật Loán “Vét cạn” (Brute-Force Algorithm - thuat toan gidi bai todn t6i ưu)

- Kiểm chứng kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm quá trình xử

lý yếm khi bằng kĩ thuật AnMBBR và đưa ra được mô hình mô phóng và các

thông số động học phú hợp với đối tượng nước thải chăn nuôi lợn

b Ý nghĩa thực tiễn

- Hệ MIC dựa trên cơ sở cái tiến hệ TƠ bằng cach chia nhé cột phần ứng,

và được lắp đặt nối tiếp nhau nhăm làm giảm chiều cao, nó có ưu điểm thuận

tiện cho việc chế tạo và vận hành trên thực tế

- Dựa vào mỗi quan hệ giữa năng suất xử lý và hiệu suất xử lý với tải

lượng COD đầu vào làm cơ sở cho việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải chăn

muôi lợn trên thực tế theo các công nghệ cãi tiến đã nghiên cửu

- Hệ UASH sử dụng vật liệu mang để làm tăng mắt độ vi sinh trong hệ

thí nghiệm xử lý nước thải bằng vi sinh và có thế lảm giảm thời gian khởi động

- Mỗ hình quả trình phân hủy yếm khí thu dược (sm các phương trình

động học theo mô hỉnh phân hủy yếm khí ADMI và các thông số đông học)

giúp hiểu rõ bản chất, kiểm soát quá trình, phục vụ hiệu quả cho việc nghiên

cứu, tiết kiêm thời gian, chỉ phí và có khả năng áp dụng trong thiết kế các hệ

thống xử lý ở quy mô thực tế

14

CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN

1.1 TONG QUAN VE NUGC TITAI CIIAN NUOILON

1.1.1 Giới thiệu chung về ngành chăn nuôi lợn

Dễ đáp ứng nhu cầu thực phẩm của con người, ngành chăn nuôi trên thể

giới đã phát triển rất nhanh và đại được nhiều thành tựu quan trọng Tuy nhiên,

trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi thế giới có nhiều biển đồng về tốc

độ phát triển, mức độ phân bó và phương thức sẵn xuất

Theo báo cáo cũa Văn phỏng Phân tích toán cầu của Bộ Nông nghiệp

Mỹ (USDA) về sản xuất và tiêu thụ thịt lợn ở một số quốc gia trên thể giới

những năm gần đây, trong đó Việt Nam luôn luôn đứng ở vị trí thứ 6 trên thể

giới về số lượng sẵn xuất khoảng 2,7 triệu tắn, dối với tiêu thụ thịt lợn thì chúng,

ta ding ở vị trí thứ 7 trong năm 2619 với số lượng khoảng 2,4 triệu tấn và dự báo đến tháng 10 năm 2020 chúng ta sẽ xuống thứ § với số lượng tiêu thụ

khoảng 2,3 triệu tấn [70]

Theo báo cáo của Tổng cục Thống kê về số lượng các loại vật nuôi trong giải đoạn tử năm 2014 - 2018 được trình bày trong Bang 1.1

Bảng 1.1 Số lượng vật nuôi trong giai doạn 2014 - 2018

Don vj tink: triệu con

Theo kết quả thống kê (Băng 1.1), số lượng lợn có sự thay đổi nhẹ trong

khoảng 26,8 đến 28,2 triệu con và được phân bố trên cả nước, trong đó tập

trung chính ở vùng Dồng bằng sông Hồng và vùng Miễn núi và Trung du Theo

use tinh, long dan lon ca nude tháng 6/2019 giảm 10,3% và đồn tháng 8/2019

giảm khoảng 18,5% so với cùng thời điểm năm 201% [15]

Thương thức chăn nuôi hiện nay là chăn nuôi theo quy mÔ trang trại,

nông hộ, chăn nuôi lợn gia công và liên kết chăn môi thco chuỗi liên kết giữa

doanh nghiệp và trang trại, hợp tác xã để đảm bảo chia sẻ trách nhiệm, lợi ích

giữa các bên, tránh rủi ro, giúp truy xuất dược nguồn gốc sản phẩm và cân dối

cung cầu các sản phẩm chăn nuôi Về quy mô, chăn nuôi với quy mô nhỏ lẻ tại

các hộ gia đỉnh hiện vẫn chiếm tỷ trọng lớn chiếm 65 - 70% về số lượng và sẵn

lượng Nhìn chung, ngành chăn nuôi Việt Nam tronp những năm gần dây duy

trì được sự phát triển ỗn định và đã có những bước chuyến dịch từ chăn nuôi

nhỏ lễ sang chăn nuôi tập trung theo mô hình trang trại, phủ hợp với xu hướng,

của thể giới Theo Quyết dịnh số 10/2008/QĐ-TTg ngày 16 tháng 1 năm 2008

của hủ tướng Chính phủ về việc phê quyệt chiến lược phát triển chăn nuôi đến

năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyển sang phương thức trang trại công nghiệp, đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo chất lượng cho tigu ding

và xuất khẩu [13]

1.1.2 Tổng quan về nước thải chăn nuôi lợn

* Nguồn phát vinh và hưa lượng xã thấi

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gỗm nước tiểu, nước rửa chuồng,

nude lắm vật nuôi Trong nước thải chăn nuôi còn có thể chứa một phần hay toàn bộ lượng phân được vật nuôi thải ra Theo khảo sát của tố chức JICA va

'Viện Công nghệ Môi trường - Viện Hản lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam,

tại 5 trang trại chăn nuôi lợn điển hình cho thấy lượng nước tiêu thụ từ 10-40 IiVdầu lợn/ngày, trong khi dỏ tại Nhật Pản con số này là 20-30 lít [20]

16

Năm 2018 gã nước ta có khoảng 28,2 triệu con lợn, trung bình cứ một

đầu lợn thải ra 25 lít nước thải trong một ngày, ước tỉnh hàng năm ngảnh chăn

nuôi lợn thải ra môi trường khoảng 257,3 triệu mẺ nước thải, đây là một khối

lượng nước thái rất lớn nếu như không được xử lý sẽ gầy ö nhiễm môi trường

và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người

Trong những năm gần đây, cơ cấu ngành chin nuôi Việt Nam có sự

thay dỗi lớn, số lượng các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ giãm xuống, trong khi số lượng,

vật nuôi tăng lên Các cơ sở chăn nuỗi quy mô nhỏ lẻ (nông hộ) hoặc quy mô

trang trại chưa dược quy hoạch và mang tính tự phát có hệ thống xử lý chất thái

chưa hiệu quả, khoảng 30% trang trại nuôi lợn đã thực hiện tách riêng việc thu

gom chất thải rắn và lỏng, khoảng 60% trang trại thực hiện xử lý theo dạng hỗn

hop |17| Các trang trại chăn nuôi tập trung quy mô lớn (trên 1.000 con lợn), phần lớn có hệ thống xử lý nước thải @&hoảng 679%) với các loại công nghệ khác

nhau, nhưng hiệu quả xử lý chưa đạt chuẩn, trong đó chỉ có khoảng 2,R% có

báo cáo đánh giá táo dộng môi trưởng [22] Công nghệ xứ lý chất thải chăn nuôi

lợn quy mồ trang trại chú yếu là công nghệ bé biogas Khi biogas sinh ra được thu hồi để phục vụ cho mục đích đưn nâu, chỉ một vải cơ sở được sử dụng cho

phát điện, tuy nhiên lượng khí dư thừa rất lớn được đốt hoặc xả trực tiếp vào

xôi trường không khí

Khi chăn nuôi tập trưng, mật độ chăn nuôi tăng cao dẫn đến Lúi lường

vả nông độ chất ô nhiễm cũng tăng cao Một đầu lợn nuôi kiểu công nghiệp

trung bình hàng ngày thải ra lượng phân, nước tiêu khoảng 6 - 8 % khối lượng

của nó ĐỀ sắn xuất 1.000 kp thịt lợn thi hàng ngảy phát sinh 84 kg nước tiểu,

39 kg phân, 11 kg TS (tổng chất răn), 3,1 kg BODs, 0,24 kg N-NH,! [4]

Do hé théng xử lý nước thải rất đơn giản như bể biogas, ao hồ nuôi cá,

hoặc hệ thống xử lý chưa hiệu quả nên da số nước thải chưa được xử lý đạt

QCVN thải trực tiếp ra môi trường [28]

17

at thai và nước thải chăn nuôi

Với hiện trạng đã nêu ở trên, việu xử lý

lợn cần được quan tâm và đưa ra các giải pháp xử lý triệt để trước khi thải ra

môi trường

* Dặc tính của nước thải chăn nuôi lợn Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trung, phụ thuộc vào

nhiễu yếu tổ như luễi vật nuôi, chế độ ăn uống, nhiệt độ, độ ẩm trong chuồng,

cách xử lý chất thải, Đặc tỉnh nước thải chăn nuôi bị ảnh hưởng nhiều nhất

bởi sự pha loãng, lưu trữ và cách tách loại rắn lỏng

Trong ba dối lượng vật nuôi (lợn, bỏ và gia cằm), chăn nuôi lợn có mức

độ 6 nhiễm cao nhất [14, 18] Nước thải chăn nuôi có khả năng pay 6 nhiễm

nôi trường cao đo trong chúng có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, nitơ,

phétpho, TSS va vi sinh vat gay bénh [4]

Về thành phần và mức độ ô nhiễm của nước thải chăn nuôi, kết quả

khảo sát của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách

khoa Hà Nội (2009) cho thấy, giá tri COND, TN, TP, SS

và colifom trong nước

thải chăn nuôi lợn rất cao, với các giá tri tương ứng là 2.500 - 12.120: 185 - 4.539, 28 - 831, 19 - 5.830 mự/1 và 4x10! - 108 MPN/100 mÌ [21] Một kết quả

khác về chất lượng nước thải tại trang trại Hỏa Hình Xanh (xã Hợp Hỏa, luyện

Luong Son, tỉnh I[1òa Bình) với khoảng 3.000 con lợn cũng cho thấy các thông

số ô nhiễm như COD, TN, TP va T8S tương ứng lần lượt là 5.630 + 1.032,

344 + 57, 60 + 18 và 4.904 = 901 mg/l [19] Cac giá trị ô nhiễm này đều cao

hon nhiễu lần so với tiêu chuẩn Ngành về vệ sinh nước thải chăn nuôi 10 TCN

678:2006 và vượt gấp nhiễu lần tiêu chuẩn khắt khe hơn là Quy chuẩn kĩ thuật

Quốc gia về nước thải chăn nuôi (QCVN 62-MT: 2016/8TNMT),

Theo Trương Thanh Cảnh [2], thành phần phân và nước tiểu của lợn

trưởng thành (70-100kp) được tổng hop trong Bang 1.2 va Bang 1.3 như sau:

18

Bảng 1.2 Thành nhần hóa học của nhân lợn có trọng lượng tử 7Í - 10) kg

(Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 1907)

'Trong phân lợn (Bảng 1.2), vật chất khô chiếm 213 - 342 eke tiép đến

lả chất xơ khoảng 151 - 261 g/kg Trong tẤt cả uác chất có trong nude (Bang

1.3), u rê là chất chiểm tỷ lệ cao (hoảng 12 - 20%) và dễ bị VSV chuyển hóa

trong điều kiện có ôxy tạo thành khí amoniac gây mũi khó chịu Thành phần

chế độ đỉnh dưỡng

nước tiểu thay đối tủy thuộc tuổi vật nuôi,

* Ảnh hưởng đến mỗi trường

Dé dap tmg nhu cầu thực phẩm của con người, ngành chăn nuôi trên thể

giới dã phát triển rất nhanh và đạt dược nhiều thành tựu quan trọng Tuy nhiên,

19

bên cạnh việc sẵn xuất và cung cấp một số lượng lớn sản phẩm, ngành chăn

nuôi cũng đã gây nên nhiều hiện tượng tiêu cực vẻ môi trường như ô nhiễm

môi trường nước, môi trường không khí và đóng góp vào hiệu ứng am lên của

toan cau (global wamming) do thải ra các khí gây hiệu ứng nhà kính

'theo Phùng Dức Liên và lrịnh Quang Luyên [14, 18], khi đánh giá

thực trạng ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi nói chung cũng chỉ ra rằng tình hình xử lý chất thấi còn chưa được quan tâm đúng mức Tỷ lệ cơ sở chăn nuôi

có khu xứ lý chất thải đúng nghĩa Tất thấp Phương pháp xử lý còn rất thô sơ chủ yếu lả ú phân tươi và xứ lý ằng bể biogas Nước ra Lir bể biogas thai trực

tiếp ra môi trưởng nền môi trường chăn nuôi bị ô nhiễm nặng Đặc biệt là các

chỉ tiêu vi sinh vật rất xâu, mật độ coliform cao hơn mức cho phép là 78 - 630 lần Mức dộ õ nhiễm có xu hướng tăng thco số lượng vật nuôi

Ở Việt Nam, do lượng nước thải chăn nuôi hàng năm rất lớn, nẵng độ

các chất ô nhiểm rất cao, trong khi đó công nghệ xử lý còn thô sơ nên việc

nghiền cứu phát triển công nghệ xử lý phủ hợp rất cần thiết để bảo vệ môi

trường lIrong trường hợp nảy, đối tượng cần xử lý lả nước thải giảu hữu cơ,

động thời có nồng độ N, P cao Với các nước thải loại này, bước đầu tiên trong

dây chuyển công nghệ xử lý thường là các kĩ thuật xứ lý yếm khí Đây cũng,

chính là đối tượng nghiên cứu của Luận án này

1.2 TONG QUAN VE CAC CONG NGHE XU LY NUGC ‘THAI CHAN

NUOLLON BANG KI THUAT XU LY SINITIIOC YEM Kut

1.2.1 Qua trinh phan hay yém khi

Phương trình tổng quát của phan img yém khi phần huỷ hoàn toàn chất

hữu cơ như sau:

CsHyO¿RiSu + 1/4(4x -y - 2z— 3+ 28) HạO —> 1/8 ~y + 2z + 3£— 28) CÓy + 1⁄8(4x+y- 2z - 3f- 2u) CH¡ + £NH — #HạS a)

20

Các phản ứng tạo thành khí mêtan từ axit axetic, CO; và H; dưới dạng các phương trình [7Š]

CH,COOH + 4H, > 2CH,+2H,0 ()

4H) + CO, — CHy + 2H20 (4)

Tỉnh chung cho cả quá trình sinh học, các chất hữu cơ ban đầu trải qua

quá trình phân hủy yếm khí và sản phẩm cuối cùng chính là khí biogas (CH¡ + ŒO;), trong đó CH¡¿ chiếm khoảng 60% thể tích Quá trình phân hủy yếm khí

là tập hợp các phản ứng nói tiếp, song song và chia làm 4 giai đoạn được mô tả

như sơ đồ trong Hình 1.1 [S1]

Axit amin, Đường đơn

Hình 1.1 Sơ đồ chuyển hóa chủ yếu trong hệ xử lý vi sinh yếm khí

Thủy phân

‘Thay phân là giai đoạn đầu tiên trong quá trình phân hủy yếm khí Ở giai

21

đoạn này, các hợp chất hữu cơ không lan, phức tạp như cacbonhydrat (bao gồm

cả xenlnlo), protein và lipit bị thủy phân thành các phân tử hữu cơ hòa tan trong,

nước như đường, amino axit và các axit béo bởi các enzym như xenlulaza,

amylaza, protcaza hay Epaza, |1] Quá trình thúy phan có thể là bước quyết

định tốc độ phản ứng nêu chất phản ứng là các hạt chất rắn hoặc các hạt keo

[101] Trong khi dé nếu các chất phân ứng là chất dễ phân hủy thì bước quyết định tốc độ phản ứng là axetat hóa và métan hóa [32] Sau khi các tiền chất

được thủy phần, giai đoạn tiếp theo là chuyển hóa bởi các vi khuẩn lên men

trong giai đoạn axit hóa

Axit hóa

Trong giai đoạn axit hóa, các phân tử hữu cơ hỏa tan sẽ được vi khuẩn

lên men hoặc ôx¡ hóa yếm khi [47] Các vi khuẩn này có thể là các ví khuẩn

yếm khí bắt buộc hoặc tùy nghỉ 'Trong hệ thống yếm khí én định, sản phẩm

chính của quá trình này là axetat, carbon đioxit và hiđrô, các hợp chất trung

pian như các axit béo, alcol không có nhiều Giai đoạn này có hiệu suất tạo

năng lượng cao hơn cho vi khuẩn va sản phẩm của quá trình có thể được sử

đụng trực tiếp bởi các vị khuẩn mêlan hóa [93] Tuy nhiên, khi nông độ hiđtô

và fomat cao, các vi khuẩn lên men sẽ đổi hướng, quá trình mêtan hóa sẽ bị ức

chế Các sản phẩm của giai đoạn axit hóa bao gdm khodng 51% axetat, 19%

thường được coi là giai đoạn nhanh nhất trong chuỗi cáo phẩn ứng phân hủy

yếm khi các chất hữu cơ phức tạp |76|

Axetat héa

Các chất trung gian được tạo thành trong gian đoạn axit hỏa, bao gầm

axit béo chứa hơn hai nguyễn tử carbon, rượu có hơn một nguyên tử cacbon và

các axit béo thơm phần nhánh Những sản phẩm này không sử dụng được trực

tiếp trong mêlan hóa và cần tiếp tục bị oxy hóa thành acetat và 1la trong bước

axetat hóa bằng vi khuẩn khử nroton kết hợp với nguồn sử dụng hiđrô Áp suất

riêng phần H: thấp là điều kiện thuận lợi cho phân ủng này [93] Các sản phẩm

từ axolat hóa trở thành các cư chất cho giai đoạn cuối cùng của quá trình yểm

khí là giai đoạn mêtan hóa

Métan héa

Trong giai doan métan héa, axctat, Ho va CO; dược chuyên hóa thành

CH¡ và CO; bởi vị khuẩn archaea (xem các phương trình 2-4) Nhóm vi khuẩn

nảy có thể tiêu thụ trực tiếp axctat, Hạ/CO; và các hợp chất chứa một cacbon khác, chẳng hạn như fomat và metanol [93] Trong hệ yếm khí thông thường,

axetat là tiền chất để tạo khoảng 70% mêtan, 30% côn lại là từ II2/CO; [64]

Hơn nữa, chuyển hóa qua lại giữa hidrô và axctat dược xúc tác bởi các

vi khuẩn axetat hóa đồng thể cũng đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành mêtan Các vi khuẩn này có thể oxy hóa hoặc tổng hợp axetat tùy thuộc

vao néng dé hidré trong hệ [65] Quá trình mêtan hóa hidrô tốt hơn ở áp suất

riêng phần hiđrô cao, trong khi quá trình mêtan hóa axit axetic không phụ thuộc

vào áp suất riêng phân của hiđrô Ở nhiệt độ cao hơn, hướng ôxi hóa axelat

thuận lợi hơn [23] Sự tạo thành mêtan từ bước ôxi hóa axetat có thể đóng gop

tới 14% tổng chuyển hóa axetat thành métan trong điều kiện nhiệt độ 60°C [84] 1.2.2 Quá trình phát triển của các kĩ thuật yếm khi

1.2.2.1 Quả trình phát triển kĩ thuật vẫn khí trên thể giới

Sự hình thành và phát triển của các kĩ thuật yễm khí (phát hiện ra

biogas) ử trên thế giới có từ rất lâu Theo báo cáo của dy 4n AgSTAR thi quá trình yêm khi để xử lý chất thải sinh hoạt và chăn nuôi đầu tiên được 4p dung

ở Pháp từ cuối thể kỉ 19 Bể phản ứng, con gọi là bễ phốt, là bễ chữa phân kin (sang ché cla Louis Mouras) Theo Gray, khá năng xử lý BOD uũa bể phát thấp

40 - 50%, hiệu quả tách cặn không tan khả tết, ~80% [48]

23

Năm 1907, người Đức đăng kí sáng chế cho bể Imhof (bể phốt có ngăn lắng) Bễ Imhoff có chức năng giống như bể phốt, kết hợp giữa lắng sơ cẤp và phân húy chất hữu cơ Khác với bể phốt là sự tách biệt giữa vùng lăng và vùng

phân húy bún (Lwo - story tank) Hiệu quả tách loại cặn không tan của bê ImhofT

ở mức 40 - 70%, BƠI giảm 25- 50% [48] Voi dic trung gọn, ít tên công bảo

trì, bể ImhofT thích hợp cho các cụm dan sư nhỏ Nước thải sau bé Imhoff cin

tiếp tục xử lý trước khi thái ra môi trường,

Những năm 1930 bắt đầu áp dụng kĩ thuật phân hủy phân và các chất

thăi nông nghiệp thu biogas nhy dang bé yém khí theo mẽ |59, 73] Các kĩ thuật thường pặp là bễ biogas kiểu Irung Quốc và kiểu Ấn Độ Chất thải các ngành

thực phẩm có thể được xử lý một cách hiệu quả khi sử dụng quá trình xử lý

yếm khí như trên, với 80% COD due loại bỏ ở tải lượng kha cao 8,0 kgCOD/m ngay [87]

Tit nhiing nim 1960 vấn đề phân hủy phân gia súc được chủ trọng hơn

vấn dễ thu hồi-sử dụng biogas nên kĩ thuật ao hỗ được phổ biến hơn Hỗ sinh

học yếm khi thuộc loại hệ có tốc độ phần hủy châm, kết hợp với quá trình lắng

bùn sơ cấp, thường được sử đụng như một phương án chỉ phí thấp để xử lý các

nguồn thải giàu chất hữu cơ như chất thải từ chế biến nông sẵn, thực phim &

những khu vực có mặt bằng lớn, phù hợp Thế hệ hề yếm khí mới được cải tiến

như trang bị thêm thiết bị khuấy trộn và hồi lưu bùn, khi đó hỗ yếm khi kin trở

thành hệ lai ghép giữa kĩ thuật dòng liên tục khuấy trộn đều vả tiếp xúc yếm

khi Với những cải tiến đó, hỗ yếm khí kín có thể kết hợp xử lý cả các thành phan tan và không tan, có thể thu hồi được biogas [72]

Tit 1970 do khủng hoảng dầu mỏ, trên cơ sở các tải trợ nghiên cứu về năng lượng đã xuất hiện các bể phân hủy kiểu éng dong (plug-flow) [44] Các

kĩ thuật yếm khí đã có những bước tiến quan trọng với sự ra dời các kĩ thuật

yếm khí cao tái (high rate) đưới dạng lọc yếm khí [109] Đặc biệt trong đó có

24

Xĩ thuật UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) duye s4ng ché béi nhém

Lettinga - Irường Đại học Nông nghiệp Wageningen - Hà l.an với bản chất la

nước thải sẽ vào bễ phần ứng từ đáy bể rồi đi lên và “lội” qua lớp bùn hoạt tính

dày Hỗn hợp bùn-nước được đi qua hệ tách khí/lông/rắn ở đính bể và cuối cùng

là nước trong đi ra Kĩ thuật UASH đã đặt nền móng cho sự phổ biển các kĩ

thuật xử lý yếm khí gao tải và siêu cao tải với sự xuất hiện của bùn vi sinh dạng

hat (granular sludge) nhu ki thuat đêm vị sinh dạng hạt trương nử (Expandcd Granular Sludge Bed - EGSB), IC (đôi khi được coi là EGSB),

Trong những năm 1980 sự quan tâm dến kĩ thuật yếm khi cao tải bắt dầu trùng xuống vì lí do giá thành (chỉ phí thiết bị cao, năng lượng bắt dầu hạ

giả) và những hạn chế của kĩ thuật phân hủy yếm khi

Tới những năm 1990, mi quan tâm về các kĩ thuật phân húy yếm khí

lại quay trở lại [31, 40], chủ yếu vẫn vỉ lí do vệ sinh vả năng lượng Jewell và

các đồng nghiệp tại trường đại học Cornell đã tiến hành một lượng công việc

đáng kể về thiết kế bể phần ứng kiểu ống đông trong vòng 8 năm [S9] Hayes

đã đưa ra sự so sánh giữa bế phản ứng kiểu ống dòng và bế khuấy trộn hoàn

toàn Ưu thế về tốc độ xử lý hữu cơ cũng như tốc độ tạo biogas thuộc về kĩ

thuật phân ứng kiểu ống dàng [50]

Sau những năm 2000, khi các hệ xử lý yếm khí cao tải, nhất là ƯASB

đã được nhanh chóng phổ biến trên toàn thế giới, cùng với xu thế xử lý môi

trường không chỉ để vệ sinh, để bảo vệ môi trường mà còn phải thu hồi tài

nguyên, nhóm nghiên cứu của Letinga đã đề xuất những hệ xử lý yếm khí với

phương châm theo “con dường khoáng hóa bang hé sinh hoc tr nhién - NBM

(Natural Biological Mineralization route)” [42] Voi hé ao hé yém khi, nhờ chỉ thí thấp nên tới những năm 2000 vẫn phổ biến trong ngành chăn muôi ở IMỹ,

tuy nhiên chúng là nguồn phát thải khí, mùi lớn, nhóm Miner đã nghiên cửu gử

dung mang PE day Sem dé pht kín mặt hỗ cho kết quả tất [56]

25

Với sự quan tâm ngày một lớn tới cắc nguồn năng lượng tải tạo cũng

với yêu cầu vệ sinh mỗi trường, các công nghệ yếm khí hiện đại đã dần trở thành một thành phần không thể thiếu của các thành phổ “không chất thả

“kinh tổ tuần hoàn”, là nguồn môtan-năng lượng tái tạo tin cậy và chủ

trong

động để hỗ trợ cho các nhà máy điện gió, điện mặt trời vễn rất phụ thuộc vảo

thời tiết Về khía cạnh phát triển và đóng góp của công nghiệp xử lý yểm khí -

biagas vào thị trường năng lượng, công bê gần đầy của Đại học Oxford (2017)

cho thấy Liên hiệp châu Âu (EU) là khu vực đi đầu thế giới trong lĩnh vực nảy

[97] Di sau EU la My theo BG Nang lượng Mỹ |39| báo cáo mới có 2.200 céng trinh biogas, cha yéu chúng dang thực hiện chức nãng phân hủy bủn và

một phần thải hữu cơ ở các nhà máy xứ lý nước thải, tuy nhiền họ có kế hoạch

xây dựng tới 13.000 công trình với tổng sẵn lượng diện 40 TWh, nhiều tập doan năng lượng lớn đã bắt đầu đầu tư vào lĩnh vực này

Bên cạnh chức năng ban đầu là xử lý môi trường, công nghệ yếm khí là

nguồn năng lượng tái tạo dn định, không phú thuộc vào tự nhiên như diện gió,

điện mặt trời, công nghệ yếm khi côn là bắt đầu thuận lợi cho việc áp dụng các

công nghệ thu hồi đình dưỡng, sản xuất phân hữu cơ an toàn phục vụ phát triển

nông nghiệp hữu cơ [92] Nhiệm vụ xử lý các loại nước thải giàu hữu cơ, khác

với quan niệm thông thường vẻ xử lý sinh học hiểu khí, các hệ xử lý nước thải

yếm khi có thể xứ lý được hóa ghất độc hại từ công nghiệp như [omandchil,

benzandelut, terephtalat, xyanua, va dic biét là các thuốc nhuộm azo [100]

Ngoài ra, các nghiên cứu gần đây cho thấy từ nguằn thải hữu cơ công nghệ yếm khí có thể phát triển theo hướng “lọc sinh học”(biorclinery) |103|

nghĩa là áp dụng các công nghệ sinh hóa đề biển các thành phần nước thải thành những sẵn phẩm hữu ích mà thường là do công nghiệp hóa đầu sản xuất Theo

Sarika, cé thé n6i công nghệ yếm khí là một trong những công cụ hữu hiệu dé

hổi đầu cho nền kinh tế tuần hoàn và công nghiệp xanh [92]

26

Tim lại, theo MieLoalf & Tảdy/AECOM (2014), lịch sử phát triển của các kĩ thuật xử lý yêm khí có thể được chia thành 3 giai đoạn [75]: Giai đoạn

đầu - sơ khai, giai đoạn 2 là giai đoạn phát triển để xử lý bủn thải và giai đoạn

3 là giai đoạn xử lý cáo loại nước thải giảu hữu cơ với các kĩ thuật xử lý yếm

khi cao tải Irong giai đoạn 3, theo Van Lier da tong quan về sự phát triển của

công nghệ yếm khí cao tải nhân dịn 40 năm xuất hiện nhà máy đầu tiên áp dụng

kĩ thuật UASB [100], quá trình phát triển công nghệ nảy trải qua 4 thể hệ như

sau: Thế hệ kĩ thuật xử ]ý yếm khi cao tải đời đầu là các kĩ thuật tiếp xúc

(Anacrobic Contact Process - ACP) va loc yém khi (Anacrobic Filter - AnF hay

AE), thé hé tut hai 1a kT thudt UASB; thé hé tit ba 14 IC, KGSB va một số biển

thé nh AnSBR (Anaerobic Sequencing Batch Reactor), AnMBR (Anaerobic

'Membranc Biorcactor) và thể hệ thứ tư là các kĩ thuật xứ lý yếm khi siêu cao tải, có thế xử lý các nước thái giàu V88 như IOX (Internal Circulation

eXperience) va Aecomix™

1.222 Quả tình phát triển kĩ thuật yêm khi ở Liệt Nam

Công nghệ biogas dã dược nghiên cứu và áp dụng từ năm 1960 chủ yếu

đưới đạng ham, bể, túi nha HDPE (Hight Density Poli Etilen), đến nay công nghệ này đã được áp dụng rộng rãi và mang lại lợi ích kinh tế, xã hội và môi

trường đáng kế cho người dân Khoáng 53% các cơ sở chăn nuôi lợn tập trung

ở phía Nam, 60% ở phía Bắc và 42% ở khu vực miễn Trung được báo cáo là đã

sử dụng hầm biogas để xử lý chất thải [3, 16]

Hiện nay, đối với chăn nuôi lợn quy mô trang trai, Việt Nam đang áp dụng công trình biugas quy mô vừa (thể tích từ 51m2 đến 499m”), công trình biogas quy m6 lớn (thế tích từ 500m trở lên) Công nghệ áp đựng bao gồm 3

kiéu công nghệ là bể biogas hình ống, bễ biogas kiểu KT1 và KT2 (có thể tích

50 - 200m), hồ biogas phú bạt HDPE Tỉnh đến tháng 10/2017, Việt Nam đã

xây lắp dược khoảng 467.231 hẳm biogas với sự hỗ trợ của Chỉnh phủ và các

27

aha Lai trợ quốc tế như Tổ chức phát trién IIA Lan (SNV), Ngân hàng Phái triển Châu Á (AI2R) trên tổng số 12 triệu hỗ chăn nuôi [3] Các công trình biogas

có thu hồi khí sinh học hiện nay là giải pháp xử lý chất thái chăn nuôi lợn kết

hợp giấm phát thái khí nhà kính tương đối hiệu quả Các hệ biogas kiểu này od

ưu điểm Ja chi phi thấp, đơn giản, dễ vận hành

Công nghệ phân hủy yếm khi trong bé biogas được áp dụng xử lý chất

thái chăn nuôi lợn cho thấy hiệu quá xử lý nước thải hơn so với các phương,

pháp truyền thông khác Ưu điểm của hệ thống biogas là các chất hữu cơ được

phân hủy một phần, do dỏ nước thải sau biogas có hàm lượng chất hữu cơ thấp

và ít mùi hơn Các hầm biogas di piẩm tình trạng các hộ chăn nuôi thải trực tiếp

chất thải ra môi trường, qua đó giảm được ô nhiễm nước mặt vả nước ngẦm

Chất lượng nước được cải thiện dáng kể Các hầm biogas có khả năng xử lý khả

tốt các chất hữu cơ (trung bình COI) giảm 84,7%, BOD; giảm 76,3%, chất rắn

lơ lửng (trung bình S8 giâm 86,1%, VS5 giầm 85,49%), và vi sinh vật gây bệnh

(piâm 51,2%), các chất dinh đưỡng (N, P), hằm biogas chỉ xử lý giảm một phần

(trung bình tổng Nitơ giảm 11,89%, tổng Photpho giảm 7.0%) [7] Nhược điểm

chính oủa cáo hệ biogas kiểu này là quá trình thực tế lả: thời gian lưu lớn (Lừ 30

ngày trở lên tùy nhiệt độ) nên chiếm nhiều diện tích; tùy tiện-không kiếm soát, khó xã bủn nên nhanh chóng bị lắp đầy, giảm thể tích hữu dụng, bể IIDPI lớn

thường có kết cấu hình khối chữ nhật nên thể tích chết lớn, giãm thể tích hiệu

dụng và HRT thực tế

1.2.3 Giới thiệu kĩ thuật LASB

Kĩ thuật UASB là kĩ thuật ngược dòng qua lớp đệm vi sinh yếm khí,

nước thải vào qua hệ phân phối ở đáy bễ phần ứng - nơi có lớp bun day, vi sinh

có dạng hạt, đòng chảy từ dưới lên kết hợp với khi biogas hinh thành trong quá

trình phân hủy yếm khí đóng vai trỏ khuấy trộn, đảm báo tiếp xúc tốt giữa vi

sinh và nước thải Vùng thể tích phia trên có bộ tách 3 pha khí/lỏng/rắn (K/L/R)

28

dạng chụp hình nón đóng vai trỏ tách khí khỏi sinh khối dang hat va thu biogas, hạt vị sinh quay lại bế để thực hiện chu trình xử lý

ý đơn giản,

kĩ thuật UASB có những ưu điểm như kết câu của hệ xì không cần œơ cấu khuẩy trộn (thường không cần tuần hoàn), chấp nhận tải

lượng cao và chỉ phí thấp hơn so với hệ lọc yêm khí Tuy nhiên, kĩ thuật UASB

khó xử lý nude thai gidu TSS va gặp nhiễu khó khăn trong quá trình vận hành

như hay thất thoát vĩ sinh

Theo Lettinga [66] do tốc độ sinh trưởng vi khuẩn yếm khí thấp Và có

năng suất kém hệ hiểu khi Tuy nhiên với những kĩ thuật yếm khi hiện dại, yêu điểm này dã dẫn được khắc phục Các kĩ thuật yếm khí ngày nay chấp nhận tải

lượng từ hàng chục tới trên 100 kgCOI/(m ngày) với hiệu suất xử lý thường

là 70 - 90% |62, 99] Nghiên cửu của Kassam Z7.A cho thấy khi ROD trong

nước thải vượt 1.000 mg/I thì hệ yêm khí LASB có ý nghĩa kinh tế hơn hệ hùn hoạt tính hiếu khí cả về mặt chỉ phí xây dựng cơ bản lẫn phí vận hành và bảo

trì [62] Theo Hekenfelder [41], về nguyễn tắc có ba nhóm kĩ thuật yếm khi: (ï)

hê phản ứng với vị sinh phân tán, (1¡) hệ phản ứng với vi sinh cố định trên vật

liệu mang và (1i) hệ phân ứng với lớp bùn giả lỏng hoặc giãn nở

Kĩ thuật UASB rất phổ biến hiện nay do nhóm 1.ettinga phat minh tit

những năm 1970 gần với nhóm (iii) duge 4p dung từ 1980 sử dụng vi sinh dạng

hạt có mật độ rất cao (80 - 100 g/l), khi đó nó cần bổ sung bơm tuần hoàn đổ

đảm bão tốc độ dâng hỗn hợp bủn - nước, hệ tách K/L⁄R tốt để bàn hoạt tính

không theo nước ra ngoài

Theo tải liệu của MeCarty [74], cac céng nghệ được bắt dầu từ các hệ

đơn giản như bể kín, bể phốt, đã dần dẫn chuyển thành những kĩ thuật mang nhiễu yếu tố “bể phan ửng” hơn vả hiệu quả hơn Bat đầu của các hệ thống xử

lý năng suất cao là "bể phần ứng khuấy trộn hoàn toán” cho tới bễ phản ửng có

kiểm soát nhiệt độ thường sử dựng cho nước thải có nồng độ hữu cơ cao, gần

29

đây là những hệ phần ứng có năng suất rất cao nhờ mật độ rất lớn của vì sinh

hoạt tính So với quá trình hiểu khí thì quá trình yếm khí xử lý tốn ít năng lượng,

hon, sinh ra it bun thai hon và hệ quả là chỉ phí xử lý thấp hon, hơn nữa nó còn

có tiềm năng thu hỗi năng lượng, một dang năng lượng tái tạo dưới dạng biogas

‘Tuy nhiên, nhược điểm cơ bản của các quá trình yêm khi là năng suất xứ lý ở

mật độ vi sinh thông thường không cao Trong phương trình biểu diễn tấu độ

= Ha XS

phần ứng vi sinh rx eH) 1a) (8COD 1ngày), trong đó rạ lả tốc độ tiêu thụ

co chit S (gCODI)) của vị khuẩn; /z„ - hằng số tốc độ phát triển sinh khối riêng

cực đại (ngày), Y - hệ số năng suất chuyển hóa của sinh khối từ cơ chất (eCOI3⁄gCOI3), K„- hằng số bán bão hỏa (gCOI3I, X là mật độ vì sinh

(COD), tốc độ phân ứng sẽ phụ thuộc tỷ lệ thuận vảo mật độ vi sinh X, nghĩa

lả muốn giám thể lích thiết bị phải tăng X Nhưng khi X quá cao sỡ ảnh hưởng

đến hệ lắng cấp 2 để làm trong nước ra sẽ không chịu nỗi vì ngay cf bin lắng (hiếu khí) cũng chỉ có mật độ 6 - 8g/1

Với các tổng quan nêu trên, các kĩ thuậi phân ứng mới (cải tiễn) muốn

nâng cao năng suất xử lÚ cần phải đồng thời giải quyŠ! được các yêu cầu tăng

mật độ vi sinh, tăng khả năng nếp xúc vi sinhnước thải và phải tách

khi/lông/rấn tốt Tìo đó các kĨ thuật như kĩ thuật tuần hoàn nội hay kĩ thuật

ming vi sinh sẽ cải thiện được một số bất cập nêu trên

1.2.4 Giới thiệu kĩ thuật tuần hoàn nội

Kĩ thuật tuần hoàn nội (Intcrnal Ciroulstion - IC) được hãng Paquos (Hà

Lan) nghiên cứu phát triển [102] Hệ hoạt dộng dựa trên nguyên tắc của hai hệ

thống LASB xếp chồng lên nhau (Tình 1.2), trong dé hé UASB thuộc loại cao tải (áp dụng tải lượng hữu cơ cao) đặt ở phía dưới và hệ UASB chịu tải thấp

hơn đặt ở phía trên Khí tách ra từ bộ phân tách pha phía dưới được thu lại,

chuyển động lên phía trên vào khoang thu khí qua đường ống dẫn lên Khi dỏng

30

khí chuyển động lên sẽ cuồn theo nước và bùn từ vùng phân hủy cao tải Sau

khi tách khí, nước và vi sinh được đưa trở lại vào vùng phản ứng, xuống day

bể, hỏa trộn với đỏng vào qua đường ống dẫn xuống Dòng nước và vi sinh

quay ngược lại vùng phản ứng cao tải là tính chất đặc trưng của kĩ thuật IC và

vi vay có tên là tuân hoàn nội

Đường khi lên

‘Tach khí 1

'Vũng cao tải

Dòng vào — =

Hình 1.2 Sơ đồ hệ xử lý tuần hoàn nội bộ [102]

Điểm nổi bật của kĩ thuật IC là mật độ vi sinh rất cao và do đóng góp của dòng tuần hoàn nội nên tốc độ dòng chảy ngược rất lớn, tới 20 m/h, qua đó tăng cường khả năng khuấy trộn của hệ Dòng tuần hoàn nội có tính chất tự điều chỉnh: nồng đô cơ chất cao sinh ra lượng khí lớn kéo theo lưu lượng lớn

của dòng tuần hoàn, tăng khả năng khuấy trộn và pha loãng dòng vào

31

TIệ IC cũng có khả năng đáp ứng tốt trước sự biển động của nồng độ cơ chất trong dong vào: dòng tuần hoàn chứa nhiều bicacbonat có tác dụng đêm,

ngăn chặn giầm pH trong vùng phân ứng cao tải Mặt khác, do khí phần lớn đã

được tách trong bộ phận tách khi số 1 và tốc độ dong cháy của vùng trên thấp

tao điều kiện để giữ vi sinh lại trong khối phân ứng tốt hơn các hệ khác

Một số nghiên cứu xử lý nước thải bằng kĩ thuật IƠ được ép đụng với

các đối tượng nước thải giảu hữu cơ như nhóm nghiền cứu của Pengyi sứ dụng,

kĩ thuật 1C để xử lý nước thải bột giấy (Cotton Pulp) với nồng độ COD hỏa tan

pha loãng là 3.500 mự/I thì hiệu quả xử lý dạt 68% ở tải lượng 18 kgCOD

/mẺ ngày, còn đối với nước thải thô có nẵng dỗ ŒOI2 hỏa tan là 6.600 mg/ thì

hiệu quá xử lý đạt 60% ở tái lượng 16 kgCODim) ngày [83]

Nhóm tác giá liadc Wang nghiên cứu ánh hướng của lưu lượng để xử

lý nước thải đệt nhuôm đối với hệ [C va hé IC cai tiến (MIC) bằng cách bỗ sung

thêm hệ thống tuần hoàn bên ngoài Hiệu suẤt xử lý COD thu được ở thời gian

lưu (HRT — 5 giờ) vả tải lượng 15 kgCOl34m2 ngày dối với hệ [C là 73%, còn

đổi với hệ MIC lả 87% [60]

Theo kết quả nghiên cửu xử lý nước thải chăn nuôi lợn sử đụng kĩ thuật

1C của nhóm nghiên cứu I3zng, hệ ÍC hoạt động với thời gian lưu 0,8 - 2 ngày

và tai long từ 3 - 7 kg/m?.ngày thi hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 80% Mặt

khác, Dơng sử dụng hệ IC với SBR (8oqucncing BaLsh Roaotor) để xử lý nước

thải chăn nuôi lợn thì hiệu suất lên tới 95,59 [68]

ĐỀ lài Nghiên cứu và ứng đụng công nghệ tiên tiễn phù hợp với điều kiện Việt Nam dễ xứ lý ô nhiễm môi trường kết hợp với tận dụng chất thái của

các trang trại chăn nuôi lạn, Mã số KC08.04/11-15, thuộc Chương trình Khoa

học và Công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước KC.08/11-15 do TS Trần Văn Tựa

(Viện Công nghệ Môi trường -VAST) là (“hỗ nhiệm dề tải dã xây dung va dua

vào vận hành mô hinh tống thể bao gồm kĩ thuật yếm khí (trong đó có phần

nghiên cứu xử lý yếm khí trong phòng thí nghiệm là kết quả của luận án) kết hợp với kĩ thuật thiếu-hiểu khí vả thực vật thủy sinh để xử lý chất thải chăn

nuôi lợn quy mô 30m/ngày (tương đương 1.000 đầu lợn) Kết quả cho thay

hiệu suất xứ lý COD dat 98%, TSS dat 99,9%, TN dat 96,8% va TP dat 88.9%, nước thải sau xử lý đạt tiểu chuẩn thải loại B của QCVN 40/2011 BLNMT về

COD, TN va ó thể tái sử dụng cho tưới cây, rửa chuỗng [19]

Trong khi đó, đễ tài Luận án tiến sĩ (Nghiên cửu phát triển công nghệ

yêm khí cao tải tuần hoàn nội - 1C) của tác giả Trần Mạnh Hái tập trung nghiên

cứu vào khá năng khuấy trộn (tÿ lê khi vá nước) và ánh hướng của tốc dộ dâng,

nước trong hé 10 G cing diều kiện tốc độ đãng 0,9 m/piờ, với tải lượng dầu

vào từ 1,23 - 1/4 kgCOD/m` ngày thi hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 60%, với tãi lượng dầu vào tử 2,0 - 2.41 keCOD/mi ngay thi hiéu swat xar ly dat 75 - 80%, với tải lượng dau vao tir 2,79 - 5,3 kgCOD/m' ngay thì hiệu suất đạt khoảng

80%, còn đối với tải lượng đầu vào từ 6,4 - 9,7 kgCOD/wẺ.ngày thì hiệu suất

xử ly COD ở giai đoạn này én dinh va dat khoảng 82%, tiếp tục tăng tải lượng

lên trên 10 kgCOD/mÊ.ngày thì hiể=u suất xử lý COD có xu hướng giảm dần

xuống [6] Nguyên nhân lính không ân định của IC ở tải lượng cao được cho là

do ảnh hưởng của T88 đầu vào

Kĩ thuật xử lý yếm khí tuần hoàn nội (IC) — thực chất là hệ UASB cải

tiễn có những ưu điểm như: hệ thống cỏ khả năng tự khuấy trộn oao nên liêu

tốn ít năng lượng, năng suất xử lý cao phủ hợp với nước thải có hảm lượng hữu

cơ cao và tải lượng lớn Mặt khác, hệ IC sinh ra it bùn - giảm chỉ phí xử lý bùn

và có thể thu hồi năng lượng, Tuy nhiên, kĩ thuật IƠ gặp phải một số hạn chế

về mặt chế tạo yêu cầu cột phản ứng có chiều cao lớn (từ 3 đến 20 mét) và khó

khăn cho việc vận hành và bão trì, hơn nữa hệ này cũng chỉ hoạt động hiệu quả

với vì sinh đạng hạt [2o đó, hệ này cũng cần phải dược cải tiến về mặt kĩ thuật

cho phủ hợp - tức là cải tiến hệ thống nhằm giảm chiều cao để khắc phục các

33

hạn chế nêu trên Việc đánh giá khả năng xứ lý thành phần biu cơ và các yếu

tổ ảnh hưởng trên hệ thông cải tiền so với hệ nguyên mẫu cần phải được đặt

ra Dây là một phần trong nội đụng nghiên cứu của luận án

Đối với kĩ thuật LASB cũng như kĩ thuật IC khi vận hành ớ mật đồ bàn

tỉ sinh lơ lửng quá cao (trên 10 g/1) thì sẽ có điểm yếu là bùn yếm khi dễ bị rửa

trôi ra ngoài dẫn đến giãm hiệu quả xử lý và nước thải đầu ra chứa nhiễu vì sinh

và căn bùn Cä 2 kĩ thuật này vận hành hiểu quả nhất vả giải quyết được vấn dé

mật độ bửn yêm khí cao khi duy trì được bàn vì sinh dang hat (activated sludge

granulc) và đã được một số tác giá nghiên cứu Việc nuôi được bùn vị sinh dang

hat ddi hỏi điều kiện muôi rất phức tạp (ỗn dịnh thành phần COI2, khoáng, diễu kiện yếm khí chặt chẽ, thành phần cơ chất cho - nhận điện tử, bùn vi sinh dang hạt mỗi (sccding) và dặc biết thời gian nuôi rất đãi (có thể đến khoảng 6 tháng)

Để cá thể khắc phục vẫn đề mật độ vì sinh mà vẫn sử dụng được bùn yếm khi

lơ lùng là sử dụng vật liệu máng vĩ sinh Do đó, các thông tin và lý thuyết về

mảng vi sinh cũng được quan tâm trong phần Tổng quan nay

1.2.5 Giới thiệu công nghé mang sinh hoc

1.2.5.1 Khải niêm mang sink hoc

Nước thải chăn nuôi thuộc loại nước thải có thành phần cặn hữu cơ cao,

chứa nhiều hợp chất khó phân hủy sinh học và là một dối tượng rất khó xử lý

Công nghệ yếm khí luôn là sự lựa chọn đầu tiên đối với loại nước thải này trong

đó có kĩ thuật màng sinh học Những nghiên cứu gần đây cho thấy các tế bào

vi sinh vật thường liên kết với nhau thành một công đồng và bám dính trên các

bề mặt giá thể thông qua mạng lưới các hợp chất ngoại bào, hình thành nên cấu

trắc gọi là màng sinh hoc (biofilm) Mang sinh hoc 1a tap hep nhiều chủng vĩ sinh vật khác nhau Màng sinh học có thế được tạo ra ở trên bễ mặt của nhiều loại vật liệu khác nhau: nhựa, kim loại, kinh, gỗ, Mảng sinh học có ưu điểm

là dễ thích nghị với sự thay đổi của môi trường sống Cấu trúc mảng sinh học

34

giúp vi sinh vật tồn tại đồng thời tăng khả năng chuyển hoá các hợp chat nito,

phốt pho trong việc xử lý [53, 77] Màng vi sinh có chiêu đây khác nhau (từ vài

chục pm tới hơn 1 cm, thường thấy nằm trong khodng lmm) bam trên chất

xnang dạng rắn vả có cầu trúc khá đặc Phụ thuộc vào nguồn thức ăn và lực co

sát trong môi trường nước, cấu trúc của màng vi sinh hình thành cũng khác nhau và do đó ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý [34, 54, 61]

Hiển nay, ở nhiều nước trên thế giới đã sử dụng công nghệ xử lý yếm

khi đễ xử lý nước thải có tải lượng hữu cơ cao [26, 33, 36, 85] Dễ tăng cường

hiệu quả loại bỏ hữu cơ, việc áp dụng vật liêu mang vị sinh nhằm nâng cao mật

độ vi sinh cũng dược sử dụng rộng rãi, phủ hợp với xu hướng nghiên cửu và áp

dụng trên thể giới Sinh khối được hình thành bên trong và bên ngoài vật liệu

hỗ trợ piúp tăng cường sự tiếp xúc giữa các chất ô nhiễm và vị khuẩn tiêu hóa,

đo đó, lắm tăng hiệu quả xử lý tổng thể [46, 49, 57, 94]

Công nghệ màng sinh học trong quá trỉnh xử lý yếm khí là kĩ thuật

UASH sử dụng vật liệu mang vi sinh được thể hiện dưới 02 đang kĩ thuật là Bể

phản ứng yếm khí màng vi sinh cổ định (AnFBBRR) và Bề phân ứng yếm khí

xmảng vì sinh chuyển động (AnMBDR)

1.3.5.2 Giới thiệu một số loại vật liệu mang vi sinh

Vật liệu mang vi sinh 1a vat liu duoc ché tao bing nhuta PK, HDPE,

PVC hoặc PU , nó có tác dụng là nơi để vị sinh bám vào và làm tăng mật độ

vi sinh trong hệ thí nghiệm xử lý nước thải bằng vi sinh Vật liệu mang vi sinh

có nguồn gốc tự nhiên thường sử dụng trước đây (gỗ đá), đến ngày nay vật liệu

trường làm việc, không độc đối với vi sinh, diện tích bể mặt lớn, độ xếp cao,

hộ mao quản hở, độ bền cơ học cao, nhọ và rất quan trọng là nó lạo ra đượu

động chay dều dễ tăng khả năng tiếp xúc giữa mảng vị sinh với cơ chất |75 |

35

Bang 1.4 Đặc trưng một số vật liệu mang vỉ sinh trong kĩ thuật yếm khí

(Ngudn: Metcalf & iddv/ALICOM, 2014)

Về hình thái vật liệu mang có dạng rời (đỗ đống) hay được tiên chế dưới

dang khối trụ hoặc hộp VỀ mặt ban chất vật liêu mang phổ biển dược chế tạo

tir polyetylen (PE), polypropylen (PP), polyvinyl clorua (PVC), cd din tich bé mit riêng lớn, độ xốp > 80 % Ngoài ra, trong quá trình tạo hình người ta đưa

vào các tác nhân sinh khi để tăng độ xốp, từ dây có các vật liệu mang gốc

polyme có độ xốp cao, vi du tir PE hing Herding Filtertechnik tao ra sản phẩm

TELIA, PUR của hãng Bayer 1A polyuretan xốp Vật liệu xốp cũng có thê được

chế tạo từ vật liêu vô cơ, ví dụ thuỷ tỉnh xốp, SLRAN, của hãng Schott Các loại

vật liệu xốp oó điện tích bề mặt riêng lớn hơn và vi sinh để bám dính hơn Vật

liệu xốp có điện tích bề mặt riêng rất lớn là do bể mặt của hệ mao quán déng

góp diện tích đó chỉ có thể được vị sinh sử đụng khi hệ mao quản hở và có kích

thước lém hơn nhiều lần sơ với kích thước của vi sinh vật Một số loại vật hiệu mang phổ biến trên thị trường cỏ dạng hình bánh xe (a, b), hình trụ (c, d), hình

khối (e, f, 2) lam bing nhva PE (a, b, c, d), HDPE, PP hay vat liệu xdp nhu PU (e,

£, g) được trinh bảy ¢ Tinh 1.3

36